一種可編程掃描電源的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種可編程掃描電源，屬于電源電路【技術領域】。它解決了現有技術掃描電源輸出功率管承受的功率較大,可靠性低的問題。本可編程掃描電源連接于包括：電磁干擾濾波器、帶高功率校正全橋整流濾波單元、全橋降壓單元和全橋逆變掃頻單元，電磁干擾濾波器、全橋整流濾波單元、全橋推挽降壓單元及全橋逆變掃頻單元分別依次連接于交流市電與負載之間，還包括一控制單元，控制單元輸入端連接于全橋逆變掃頻單元與負載之間，第一輸出端連接至全橋推挽降壓單元以驅動全橋推挽降壓單元實現高壓直流電壓轉換為高頻脈沖電壓，第二輸出端連接至全橋逆變掃頻單元以驅動全橋逆變掃頻單元實現輸出特定電流峰值和周期的三角波。該電源具有強可靠性。
【專利說明】一種可編程掃描電源

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電源電路【技術領域】，涉及一種可編程掃描電源。

【背景技術】
[0002]目前掃描電源被廣泛的運用日常生活、工業生產、科研及軍事，例如，早期的顯像管中的場掃描電源，工業中/高頻感應加熱器，醫用核磁共振，輻照加速器，高頻高壓大功率電子輻照加速器(地那米加速器)磁化曲線測定等設備。掃描電源具有電流強度可調節，瞬間功率大，電氣負載為電感線圈，并以此作為作用媒介施加到作用對象的特點。目前相關的掃描電源的產品類型豐富，并為社會發展帶來極大的貢獻。
[0003]中國專利文件公開了申請號為CN201410290525.的一種用于產生類三角波勵磁電流的掃描電源，該電源連接在交流市電與負載之間，包括:一將交流市電的電壓轉換成一直流穩定電壓的功率穩壓器，一連接在所述功率穩壓器與負載之間、并將直流穩定電壓轉換成輸出電壓的直流轉換器；一產生類三角波信號的波形發生器以及控制電路。控制電路第一輸入端連接至波形發生器以接收類三角波信號，第二輸入端連接至負載以接收負載電流，輸出端連接直流轉換器以驅動直流轉換器的輸出電壓，該電源解決了負載電流會隨著負載變化而改變的缺陷。但此掃描電源還存在著以下缺陷:(I)輸出功率管承受的功率較大，可靠性低；(2)電路保護僅考慮功率輸出級出現事故的可能性，對掃描信號發生器的保護能力較弱。


【發明內容】

[0004]本實用新型針對現有的技術存在的掃描電源輸出功率管承受的功率較大，可靠性低的問題，提出了一種可編程掃描電源，該掃描電源能有效抑制磁鐵參數、環境變化等因素對掃描電流的影響、具有強可靠性。
[0005]本實用新型通過下列技術方案來實現:一種可編程掃描電源，連接于交流市電與負載之間，其特征在于，該掃描電源包括:一將交流市電輸入電壓進行濾波的電磁干擾濾波器；一將電磁干擾濾波器輸出的電壓進行整流濾波輸出平滑高壓直流電的帶高功率校正全橋整流濾波單元；一將高壓直流電轉換成低壓直流電的全橋降壓單元；一將低壓直流電進行逆變產生電流峰值和周期的三角波的全橋逆變掃頻單元；所述電磁干擾濾波器、帶高功率校正全橋整流濾波單元、全橋降壓單元及全橋逆變掃頻單元分別依次連接于交流市電與負載之間，該掃描電源包括還包括一控制單元，所述控制單元輸入端連接于全橋逆變掃頻單元與負載之間以接收電壓、電流反饋信號，第一輸出端連接至全橋降壓單元以驅動全橋降壓單元實現高壓直流電壓轉換為高頻脈沖電壓，第二輸出端連接至全橋逆變掃頻單元以驅動全橋逆變掃頻單元實現輸出特定電流峰值和周期的三角波。
[0006]交流市電輸入電壓經電磁干擾濾波器進行電網濾波再通過帶高功率校正全橋整流濾波單元得到平滑的高壓直流電，高壓直流電經過全橋降壓單元把直流電壓轉換成高頻交流電壓并進行降壓整流濾波后輸出低壓直流電，低壓直流電經脈沖寬調制技術控制全橋逆變掃頻單元進行逆變輸出特定電流峰值和周期的三角波。同時將電源輸出電流、電壓經采樣作為反饋量輸入給控制單元，控制單元能夠根據設定的參考波形與反饋電流、電壓數據做比較后控制全橋降壓單元和全橋逆變掃頻單元輸出與參考波形近似具有特定電流值和周期的三角波。從而實現三角波掃描電源電流輸出。也由此構成一個閉環控制系統。該掃描電源能有效抑制磁鐵參數、環境變化等因素對掃描電流的影響、具有強可靠性。
[0007]在上述的可編程掃描電源中，所述控制單元包括電流電壓檢測反饋電路、PWM控制器、驅動電路以及輔助電源電路，所述電流電壓檢測反饋電路連接于全橋逆變掃頻單元的輸出端與負載之間并反饋給PWM控制器，所述輔助電源電路連接交流市電給PWM控制器及驅動電路供電，同時所述PWM控制器通過驅動電路分別連接全橋降壓單元與全橋逆變掃頻單元。PWM控制器接收電流、電壓反饋信號及參考波形通過驅動單元控制全橋降壓單元與全橋逆變掃頻單元實現PWM脈沖控制。從而實現跟蹤參考波形的輸出穩定可靠電流達到的給負載供電的目的。
[0008]在上述的可編程掃描電源中，所述全橋降壓單元包括全橋式由功率開關器件組成的功率變換器、降壓器及輔助整流濾波電路，所述功率變換器、降壓變壓器和輔助整流濾波電路依次連接，且所述功率變換器的輸入端連接帶高功率校正全橋整流濾波單元，所述輔助整流濾波電路輸出端連接全橋逆變掃頻單元，上述控制單元的第一輸出端連接功率變換器控制端。
[0009]這里功率變換器的作用是將高壓直流電壓轉換為高頻脈沖電壓；高頻脈沖電壓經過降壓變壓器進行降壓，降壓變壓器次級輸出電壓經輔助整流濾波電路將高頻的脈沖電壓轉換為穩定的直流輸出電壓；控制單元將根據輸出的電流電壓取樣反饋信號來控制功率開關器件的驅動脈沖的寬度，從而調整開通時間以使輸出電壓可調且穩定。
[0010]在上述的可編程掃描電源中，所述帶高功率校正全橋整流濾波單元包括高功率因數校正電路，所述高功率因數校正電路包括UCC28019功率因數校正芯片。這里通過增加功率因數校正來最大限度地減少電源線諧波。
[0011]在上述的可編程掃描電源中，所述PWM控制器上還連接有顯示及輸入單元。這里通過輸入單元可進行選擇不同的參考波形，并進行顯示。
[0012]在上述的可編程掃描電源中，所述電流電壓檢測反饋電路包括霍爾電流傳感器和電壓檢測器，所述霍爾傳感器和電壓檢測器分別連接全橋逆變掃頻單元的輸出端和PWM控制器的輸入端。
[0013]在上述的可編程掃描電源中，所述驅動電路包括柵極驅動光耦合器，上述PWM控制器通過柵極驅動光耦合器連接全橋降壓單元和全橋逆變掃頻單元。這里PWM控制器通過柵極驅動光耦合器驅動全橋降壓單元和全橋逆變掃頻單元功率開關器件，具有保護功率開關器件的作用。
[0014]在上述的可編程掃描電源中，所述PWM控制器為STM2系列微控制器。STM2系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M內核，以低電壓實現高性能，有效延長電池供電設備的充電間。
[0015]與現有技術相比，本實用新型可編程掃描電源具有以下優點:
[0016]1、本實用新型通過主電路采用四象限變換器拓撲結構，高頻調制波在負載電感作用下，輸出低頻掃描電流，達到給勵磁線圈供電的目的。由于采用負反饋技術，輸出電流將嚴格跟蹤參考波形，從而有效抑制磁鐵參數、環境變化等因素對掃描電流的影響。
[0017]2、本實用新型參考波形是一個可編程波形，能實現掃描電流和負載的最佳匹配。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的電路框圖；
[0019]圖2是本實用新型全橋逆變掃頻單元電路圖；
[0020]圖3是本實用新型全橋降壓單元電路圖；
[0021]圖中1、電磁干擾濾波器；2、帶高功率校正全橋整流濾波單元；4、全橋降壓單元；41、功率變換器；42、降壓變壓器；43、輔助整流濾波電路；5、全橋逆變掃頻單元；6、控制單元；61、輔助電源電路；62、驅動電路；63、PWM控制器；64、電流電壓檢測反饋電路；65、顯示及輸入單元。

【具體實施方式】
[0022]以下是本實用新型的具體實施例，并結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步的描述，但本實用新型并不限于這些實施例。
[0023]如圖1-3所示，本可編程掃描電源連接于交流市電與負載之間，該掃描電源包括:一將交流市電輸入電壓進行濾波的電磁干擾濾波器I，一將電磁干擾濾波器I輸出的電壓進行整流濾波輸出平滑高壓直流電的帶高功率校正全橋整流濾波單元2，一將高壓直流電轉換成低壓直流電的全橋降壓單元4，一將低壓直流電進行逆變產生電流峰值和周期的三角波的全橋逆變掃頻單元5，電磁干擾濾波器1、帶高功率校正全橋整流濾波單元2、全橋降壓單元4及全橋逆變掃頻單元5分別依次連接于交流市電與負載之間，帶高功率校正全橋整流濾波單元2包括高功率因數校正電路，高功率因數校正電路包括UCC28019功率因數校正芯片。這里通過增加功率因數校正來最大限度地減少電源線諧波。高功率因數校正電路也稱為PFC電路。電磁干擾濾波器I簡稱EMI濾波器。EMI濾波器起到兩個低通濾波器的作用:一個是衰減共模干擾，另一個是衰減差模干擾。EMI濾波器能在阻帶范圍內衰減射頻能量，而讓工頻無衰減，或者很少的衰減，就能通過EMI電源濾波器。
[0024]該掃描電源包括還包括一控制單元6，控制單元6輸入端連接于全橋逆變掃頻單元5與負載之間以接收電壓、電流反饋信號，第一輸出端連接至全橋降壓單元4以驅動全橋降壓單元4實現高壓直流電壓轉換為高頻脈沖電壓，第二輸出端連接至全橋逆變掃頻單元5以驅動全橋逆變掃頻單元5實現輸出特定電流峰值和周期的三角波。控制單元6還包括顯示及輸入單元65，通過PWM控制器63連接有顯示及輸入單元65。
[0025]功率因數指的是有效功率與總耗電量之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量的比值。基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因素值越大，代表其電力利用率越高。大多數負載的電源在采用110至120V，60Hz的單相交流電供電時都會產生過量的電源線諧波。通過增加功率因數校正來最大限度地減少電源線諧波。
[0026]本申請采用的PFC電路由電感電容及UCC28019功率因數校正芯片等電子元器件組成，體積小、通過專用IC去調整電流的波形，對電流電壓間的相位差進行補償。
[0027]控制單元6包括電流電壓檢測反饋電路64、PWM控制器63、驅動電路62以及輔助電源電路61，電流電壓檢測反饋電路64連接于全橋逆變掃頻單元5的輸出端與負載之間并反饋給PWM控制器63，電流電壓檢測反饋電路64包括霍爾電流傳感器和電壓檢測器，所述霍爾傳感器和電壓檢測器分別連接全橋逆變掃頻單元5的輸出端和PWM控制器63的輸入端。輔助電源電路61連接交流市電給PWM控制器63及驅動電路62供電，同時所述PWM控制器63通過驅動電路62分別連接功率變化器與全橋逆變掃頻單元5。PWM控制器63為STM2系列微控制器。同時驅動電路62包括柵極驅動光耦合器。這里ACPL-2J芯片進行實現。
[0028]功率開關器件，如IGBT，MOSFET等都需要有充分的保護，以避免如欠壓，缺失飽和，米勒效應，過載，短路等條件所造成的損害。本申請通過柵極驅動光耦合器進行驅動，不僅具有的高輸出電流驅動能力，及開關速度快，而且也具有保護功率開關器件的功能。這些功率器件的保護功能包括欠壓鎖定，米勒效應，過載，短路，確保了整個電源的安全和穩定。
[0029]全橋降壓單元4包括全橋式由功率開關器件組成的功率變換器41、降壓變壓器42及輔助整流濾波電路43，功率變換器41、降壓變壓器42和輔助整流濾波電路43依次連接，且所述功率變換器41的輸入端連接帶高功率校正全橋整流濾波單元2，所述輔助整流濾波電路43輸出端連接全橋逆變掃頻單元5，控制單元6的第一輸出端連接功率變換器41控制端。將高壓直流電壓轉換為高頻脈沖電壓；高頻脈沖電壓經過降壓變壓器42進行降壓，降壓變壓器42次級輸出電壓經輔助整流濾波電路43將高頻的脈沖電壓轉換為穩定的直流輸出電壓；控制單元6將根據輸出的電流電壓取樣反饋信號來控制功率開關器件的驅動脈沖的寬度，從而調整開通時間以使輸出電壓可調且穩定。功率開關器件為IGBT或是MOSFET管。MOSFET管全名為金屬-氧化層-半導體-場效晶體管，簡稱金氧半場效晶體管是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管。IGBT全名絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。
[0030]以下是本可編程掃描電源的工作原理:
[0031]交流市電輸入電壓經電磁干擾濾波器I進行電網濾波再通過帶高功率校正全橋整流濾波單元2得到平滑的高壓直流電，高壓直流電經過全橋降壓單元4把直流電壓轉換成高頻交流電壓并進行降壓整流濾波后輸出低壓直流電，低壓直流電經脈沖寬調制技術控制全橋逆變掃頻單元5進行逆變輸出特定電流峰值和周期的三角波。同時將電源輸出電流、電壓經采樣作為反饋量輸入給控制單元6，控制單元6能夠根據設定的參考波形與反饋電流、電壓數據做比較后控制全橋降壓單元4和全橋逆變掃頻單元5輸出與參考波形近似具有特定電流值和周期的三角波。從而實現三角波掃描電源電流輸出。也由此構成一個閉環控制系統。
[0032]其中圖2中的Ql、Q2、Q3、Q4是全橋逆變掃頻單元的功率開關器件由PWM控制器進行脈寬調制。圖3中Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10是全橋降壓單元的功率開關器件，其中Q5、Q6、Q7、Q8組成功率變換器，T為降壓變壓器，Q9、QlO功率開關器件控制變壓器次級電壓的輸出。
[0033]該掃描電源主電路采用四象限變換器拓撲結構，高頻調制波在負載電感作用下，輸出低頻掃描電流，達到給勵磁線圈供電的目的。由于采用負反饋技術，輸出電流將嚴格跟蹤參考波形，從而有效抑制磁鐵參數、環境變化等因素對掃描電流的影響。參考波形是一個可編程波形，能實現掃描電流和加速器的最佳匹配。
[0034]同時本電源基于脈沖寬調制技術即PWM控制技術來實現電源電流輸出。將電源輸出電流用霍爾傳感器采樣作為反饋量，與參考波形給定值來做比較后得到控制量，控制量輸入脈沖寬度調制控制器即PWM控制器63后，由PWM控制器63輸出驅動脈沖，經驅動器放大后去驅動功率開關器件，由此構成一個閉環控制系統。PWM控制器63的作用是將輸出直流電壓取樣，來控制功率開關器件的驅動脈沖的寬度，從而調整開通時間以使輸出電壓可調且穩定。
[0035]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0036]盡管本文較多地使用了電磁干擾濾波器1、帶高功率校正全橋整流濾波單元2、全橋降壓單元4、功率變換器41、降壓變壓器42、輔助整流濾波電路43、全橋逆變掃頻單元5、控制單元6、輔助電源電路61、驅動電路62、PWM控制器63、電流電壓檢測反饋電路64、顯示及輸入單元65等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
【權利要求】
1.一種可編程掃描電源，連接于交流市電與負載之間，其特征在于，該掃描電源包括:一將交流市電輸入電壓進行濾波的電磁干擾濾波器(I)，一將電磁干擾濾波器(I)輸出的電壓進行整流濾波輸出平滑高壓直流電的帶高功率校正全橋整流濾波單元(2)，一將高壓直流電轉換成低壓直流電的全橋降壓單元(4)，一將低壓直流電進行逆變產生電流峰值和周期的三角波的全橋逆變掃頻單元(5)，所述電磁干擾濾波器(I)、帶高功率校正全橋整流濾波單元(2)、全橋降壓單元(4)及全橋逆變掃頻單元(5)分別依次連接于交流市電與負載之間，該掃描電源包括還包括一控制單元(6)，所述控制單元(6)輸入端連接于全橋逆變掃頻單元(5)與負載之間以接收電壓、電流反饋信號，第一輸出端連接至全橋降壓單元⑷以驅動全橋降壓單元(4)實現高壓直流電壓轉換為高頻脈沖電壓，第二輸出端連接至全橋逆變掃頻單元(5)以驅動全橋逆變掃頻單元(5)實現輸出特定電流峰值和周期的三角波。
2.根據權利要求1所述的可編程掃描電源，其特征在于，所述控制單元(6)包括電流電壓檢測反饋電路出4)、PWM控制器(63)、驅動電路￠2)以及輔助電源電路(61)，所述電流電壓檢測反饋電路(64)連接于全橋逆變掃頻單元(5)的輸出端與負載之間并反饋給PWM控制器(63)，所述輔助電源電路￠1)連接交流市電給PWM控制器￠3)及驅動電路￠2)供電，同時所述PWM控制器(63)通過驅動電路(62)分別連接全橋降壓單元(4)與全橋逆變掃頻單元(5)。
3.根據權利要求1所述的可編程掃描電源，其特征在于，所述全橋降壓單元(4)包括全橋式由功率開關器件組成的功率變換器(41)、降壓器及輔助整流濾波電路(43)，所述功率變換器(41)、降壓變壓器(42)和輔助整流濾波電路(43)依次連接，且所述功率變換器(41)的輸入端連接帶高功率校正全橋整流濾波單元(2)，所述輔助整流濾波電路(43)輸出端連接全橋逆變掃頻單元(5)，上述控制單元(6)的第一輸出端連接功率變換器(41)控制端。
4.根據權利要求1或2或3所述的可編程掃描電源，其特征在于，所述帶高功率校正全橋整流濾波單元(2)包括高功率因數校正電路，所述高功率因數校正電路包括UCC28019功率因數校正芯片。
5.根據權利要求2所述的可編程掃描電源，其特征在于，所述PWM控制器￠3)上還連接有顯示及輸入單元(65)。
6.根據權利要求2所述的可編程掃描電源，其特征在于，所述電流電壓檢測反饋電路(64)包括霍爾電流傳感器和電壓檢測器，所述霍爾傳感器和電壓檢測器分別連接全橋逆變掃頻單元(5)的輸出端和PWM控制器(63)的輸入端。
7.根據權利要求6所述的可編程掃描電源，其特征在于，所述驅動電路￠2)包括柵極驅動光耦合器，上述PWM控制器￠3)通過柵極驅動光耦合器連接全橋降壓單元(4)和全橋逆變掃頻單元(5)。
8.根據權利要求2所述的可編程掃描電源，其特征在于，所述PWM控制器￠3)為STM32系列微控制器。
【文檔編號】H02M3/335GK204216790SQ201420667951
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】王兵, 陳躍, 陸志飛, 董琦彥, 彭嘉俊, 丁小麗, 侯偉良 申請人:臺州學院